PCB transformatoren ontcijferen - een complete gids

PCB transformatoren ontcijferen - een complete gids

PCB-transformatoren (Printed Circuit Board) spelen een vitale rol in elektrische systemen door spanningen naar boven of beneden bij te stellen voor energieomzetting.

Deze uitgebreide gids biedt een diepgaande kijk op wat PCB transformatoren zijn, hoe ze werken, hun componenten, testprocedures en factoren die de juiste transformatorkeuze voor uw toepassing bepalen.

Inhoudsopgave
    Voeg een kop toe om te beginnen met het genereren van de inhoudsopgave

    Wat is een PCB transformator?

    Een PCB-transformator is een transformator die rechtstreeks op een gedrukte schakeling wordt gemonteerd in plaats van als een los onderdeel. De transformatorspoelen, -kern en -bedrading worden tijdens de printplaatfabricage op de printplaat geëtst of gemonteerd in plaats van apart gefabriceerd.

    PCB transformator
    PCB transformator

    PCB transformatoren bieden dezelfde essentiële spanningsconversiefunctionaliteit door AC spanningen omhoog of omlaag te duwen via elektromagnetische inductie. De directe integratie op een printplaat zorgt echter voor geminiaturiseerde voedingen, compacte elektronica en efficiënte printplaatproductie met hoge dichtheid.

    PCB transformers can be found in consumer electronics, medical equipment, telecom devices, power converters, audio hardware, and industrial control systems. They range from small signal transformers to high power models up to 300W. Proper PCB transformers selection and integration is key to electrical system performance.

    Korte inleiding tot PCB transformatoren

    Welk materiaal is een PCB transformator?

    De materialen die gebruikt worden om PCB-transformatoren te maken zijn onder andere:

    Koperen spoelwindingen - Gevormd uit geëtst gelamineerd kopersporen op de PCB-lagen.

    Ferrietkern - Gemaakt van ferromagnetisch keramiek dat wordt gebruikt om magnetische flux te concentreren en te kanaliseren.

    PCB-substraat - Gewoonlijk FR-4 glas epoxy. Elektrische materialen voorkomen interferentie.

    Soldeer - Gebruikt voor spoelaansluitingen en bevestigingsmateriaal. Lood of loodvrij.

    Potting compound - De spoelen zijn volledig omhuld met epoxy voor bescherming en stabiliteit.

    Montagemateriaal - Standoffs, schroeven en sluitringen monteren de kern over de printspoelen.

    PCB transformatoren maken gebruik van de hoge spoordichtheid en betrouwbaarheid van printplaten om precisiespoelen te maken die niet mogelijk zijn met handbedrading. Het gelaagde PCB fabricageproces integreert alle transformatorelementen in een compact duurzaam pakket.

    Hoe werkt een transformator op een printplaat?

    Hoe werkt een transformator op een printplaat?
    Hoe werkt een transformator op een printplaat?

    Het werkingsprincipe van een transformator op een printplaat volgt dezelfde elektromagnetische inductie als een autonome transformator:

    Een ingangswisselspanning wordt toegepast op de primaire wikkeling van de transformator.

    Deze AC ingangsstroom creëert een fluctuerende magnetische flux in de kern.

    De veranderende kernflux induceert een variërende spanning over de secundaire wikkeling.

    De verhouding van de windingen tussen de wikkelingen verhoogt of verlaagt de spanning met de verhouding van de windingen.

    De ●AC ingang wordt daarbij omgezet in een andere uitgangswisselspanning.

    Bij een PCB-transformator vervangen de koperen spoeltrajecten de draadwikkelingen om de inductieve primaire en secundaire circuits te vormen. Het fluctuerende magnetische veld in de ferrietkern transformeert de spanning net zoals bij conventionele transformatoren.

    Door integratie direct op de printplaat kunnen spoorbreedten en omwentelingsverhoudingen worden aangepast om uiterst compacte en aanpasbare PCB-transformatoren te maken van milliwatt tot honderden watt.

    Wat zijn de onderdelen van een PCB transformator?

    PCB transformatoren bevatten de volgende belangrijke componenten en onderdelen:

    Printplaat (PCB)
    Vormt de basis waarop alle elektrische elementen en aansluitingen worden gemonteerd. Bevat de nauwkeurig geëtste platte koperspoorwikkelingen die de standaard draadspoelen vervangen. Het PCB-substraat isoleert en beveiligt de componenten elektrisch.

    Kern
    De ferrietkern biedt een gecontroleerde weg voor het kanaliseren van de magnetische flux die wordt opgewekt door de stroom die door de koperdraadwikkelingen gaat. Typische kernconfiguraties zijn E-kernen, toroïden en E-I-combinaties. De geometrie van de kern en de materiaaleigenschappen hebben een grote invloed op de vermogensoverdracht.

    Spoelwikkelingen
    De strategisch gevormde en gerouteerde kopersporen op de printplaat vormen de geleidende windingen van de transformator. Er kunnen 2 tot meer dan 4 wikkelingen zijn, afhankelijk van de topologie van de transformator. De spoorbreedte, lengte en het aantal windingen bepalen de inductie.

    Afsluitingen
    Blootliggende soldeerbare pads verbonden met elke spoelwikkeling maken verbindingen mogelijk tussen de transformator op de printplaat en externe componenten of circuits. Terminaties verankeren de transformator elektrisch aan de bredere printplaat.

    Montagemateriaal
    Standoffs, ringen, schroeven en soms veerklemmen bevestigen de ferrietkern mechanisch stevig over de printplaatwikkelingen eronder. Dit creëert de gesloten kerngeometrie die cruciaal is voor het concentreren van magnetische fluxvelden voor inductie.

    Potting Compound
    In omgevingen met hoge trillingen of hoogspanningstoepassingen worden transformatoren volledig ingekapseld in een epoxy inbedmiddel. Dit isoleert de wikkelingen elektrisch en beschermt tegen omgevingsvervuiling. Opvullen verhoogt de betrouwbaarheid.

    Elektrische afscherming
    Sommige laag-niveau precisiesignaaltransformatoren hebben geaarde kooien van Faraday rond spoelen om inductieve interferentie van nabijgelegen PCB-componenten en circuits te minimaliseren. Dit maakt isolatie mogelijk ondanks kleine afstanden.

    Isolatie
    Dunne isolatie zoals Kapton-tape, draadisolatie of plastic wikkels voorkomen onbedoelde kortsluiting tussen dicht opeengepakte spoelwikkelingen en andere geleidende oppervlakken. Isolatie is bestand tegen extreme temperaturen.

    Koeling
    Grotere PCB-transformatoren met hoog vermogen kunnen voorzien zijn van koellichamen, koelpads, luchtstroomafsluitingen of ander thermisch beheer om buitensporige temperatuurstijgingen te voorkomen tijdens continu gebruik bij nominale belasting.

    Wat is het verschil tussen PCB en niet-PCB transformatoren?

    Verschil tussen PCB en niet-PCB transformatoren
    Verschil tussen PCB en niet-PCB transformatoren

    There are some key differences between PCB transformers and conventional standalone wired transformers:

    Materiaal spoel - PCB transformatoren maken wikkelingen van vlakke koperfoliesporen op printplaatlagen in plaats van individueel geïsoleerde magneetdraadwikkelingen te gebruiken. Dit maakt wikkelgeometrieën en -dichtheden mogelijk die niet haalbaar zijn met handmatig wikkelen.

    Geautomatiseerde productie - PCB transformatoren worden geproduceerd op geautomatiseerde SMT-lijnen in staat om extreem grote volumes te produceren. Dit is vergelijkbaar met standalone transformatoren die handmatig worden gewikkeld en geassembleerd. De consistentie komt de productie ten goede.

    Miniaturisatie - De printspoorconstructie maakt veel dichter opeengepakte wikkelingen mogelijk met nauwkeurige dimensionale controle. Dit maakt extreme miniaturisatie mogelijk tot transformatorhoogten van slechts 3-5 mm - niet haalbaar met gewikkelde spoelen.

    Geïntegreerde productie - PCB-transformatoren worden gecombineerd in het normale productieproces van printplaten in plaats van dat er later discrete transformatoren moeten worden geïnstalleerd. Dit stroomlijnt en automatiseert de productie.

    ●Aanpassing - PCB CAD maakt het mogelijk om wikkelpatronen, spoorbreedtes, omwentelingsverhoudingen en andere parameters volledig aan te passen voor optimalisatie. Met de hand gewikkelde spoelen zijn veel minder configureerbaar.

    ●Kosten - Bij hoge productievolumes kunnen de kosten van PCB-transformatoren aanzienlijk lager zijn dan die van discrete tegenhangers wanneer rekening wordt gehouden met besparingen op geautomatiseerde productie. Bij lagere hoeveelheden zijn de kosten echter vergelijkbaar.

    De geautomatiseerde productie van printplaten levert een hogere precisie, kleinere afmetingen en volledige aanpassing op in vergelijking met handmatige wikkelmethoden. Maar de fysica van de vermogensoverdracht blijft identiek.

    Hoe test je een PCB transformator?

    PCB transformatoren kunnen met verschillende methoden getest worden op zowel fabricagefouten als afwijkingen in het ontwerp:

    OntwerpregelcontrolePCB-ontwerpsoftware controleert of kritieke ontwerpregels zoals afstand tussen sporen, vrije ruimte tussen lagen, enz. strikt worden gevolgd om kortsluiting te voorkomen. Dit valideert de maakbaarheid.

    Continuïteitscontrole - Een multimeter of ohmmeter controleert op open circuits of kortgesloten lussen in de wikkelsporen, wat duidt op mogelijke scheuren of fabricagefouten in de geleiders. Verifieert de elektrische integriteit.

    Fasecontrole - Zet een wisselspanning op de primaire spoelcontacten en peil de secundaire om te controleren of de faserelaties overeenkomen met de verwachtingen. Bevestig dat de wikkelingen correct zijn aangesloten in de PCB-lagen.

    Draaiverhoudingstest - Door een vaste lage wisselspanning op de primaire wikkeling toe te passen terwijl de secundaire wikkeling wordt afgetast, kan worden gevalideerd dat de verwachte verhouding van de transformatoromwentelingen nauwkeurig wordt bereikt, wat duidt op de juiste wikkelpatronen.

    Inductantiecontrole - Een inductiemeter kan de precieze inductie kwantificeren die zowel de primaire als de secundaire wikkelingen vertonen. De gemeten inductanties moeten binnen de aanvaardbare tolerantie van de ontwerpdoelen vallen.

    Magnetische flux test - Een stroomprobe bevestigt dat er sterke magnetische fluxvelden bestaan rond de ferrietkern wanneer de transformator werkt bij nominale ingangsspanning en belasting. Meet de elektromagnetische prestaties.

    Isolatie testen – A megohm meter verifies the insulation resistance levels between transformer windings and core meet minimum design criteria to avoid short circuit failures during operation.

    Hipot testen - Hoogpotentiaaltests belasten de isolatie op niveaus boven de maximale bedrijfsspanningen, zodat het ontwerp bestand is tegen kortstondige pieken zonder vonkvorming of diëlektrische afbraak.

    Hoe identificeer je een PCB transformator?

    Hoe identificeer je een PCB transformator
    Hoe identificeer je een PCB transformator

    Om de aanwezigheid en specificaties van een PCB-transformator te controleren, moeten belangrijke fysieke kenmerken en markeringen worden geïdentificeerd:

    Gedrukte spoelen zijn zichtbaar op de printplaat in plaats van draden. Kan gedeeltelijk verborgen worden onder epoxy potting.

    Een ferrietkern wordt over de printplaat gemonteerd, vaak met een E-, torus- of EE-vorm.
    Standoffs houden het op zijn plaats.

    Primaire en secundaire spoelaansluitpunten zijn op schakelschema's gemarkeerd met symbolen voor een transformator.

    ●Component referentieaanduiding zoals "T1" of "XFMR1" identificeert de transformator op PCB-zeefdrukken en schema's.

    De specificaties van de transformator zoals ingangs- en uitgangsspanningen, omwentelingsverhouding, nominaal vermogen, inductiewaarden, isolatieklasse, enz. staan op het gegevensblad van een component.

    Waarschuwingssymbolen geven isolatiegrenzen en risico's van hoogspanning aan voor PCB-vermogenstransformatoren met hoogspanning.

    Het begrijpen van de opvallende fysieke constructie en het identificeren van de gedrukte spoelen en ferrietkern verifieert de aanwezigheid van een PCB-transformator versus een discrete bedrade transformator. Het controleren van referentieaanduidingen en specificaties bevestigt de eigenschappen van de transformator.

    Hoe kies je een PCB transformator?

    Selecting the optimal PCB transformers for a particular application requires evaluating numerous design factors and tradeoffs:

    Ingangs-/uitgangsspanningen - De transformator moet een toereikende overbrengingsverhouding hebben om de ingangsspanning van de bron en de uitgangsspanning van de doelbelasting goed te kunnen op- of afregelen. Er moet rekening worden gehouden met toleranties.

    Uitgangsvermogen - De continue belastingsstroom die door de transformator vloeit, vermenigvuldigd met het spanningsverschil, dicteert het minimale uitgangsvermogen dat nodig is om magnetische verzadiging te voorkomen.

    ●Frequentie - Het bruikbare frequentiebereik van de transformator moet de frequentie van het stuurcircuit ruim omsluiten voor een efficiënte vermogensoverdracht. Hogere frequenties vereisen meer controle over de lekinductantie.

    Efficiëntie - Een hoger transformatorrendement vermindert verspild vermogen dat als warmte wordt afgevoerd, terwijl de bruikbare vermogensoverdracht naar de belasting wordt gemaximaliseerd. Dit verbetert de betrouwbaarheid en minimaliseert de behoefte aan koeling.

    ●Grootte - De voetafdruk van de kern en wikkeling moet voldoende ruimte en kruipafstand bieden tussen hoog- en laagspanningscircuits voor veiligheidscertificeringen. Voetafdrukbeperkingen kunnen de vermogenscapaciteit beperken.

    Isolatieklasse - De doorslagspanning en isolatievereisten dicteren isolatieselecties die maximale transiënte spanningspieken aankunnen zonder diëlektrische defecten of vonkvorming. De ongevoeligheid voor ruis speelt ook een rol.

    ●Milieu - Transformatoren moeten bestand zijn tegen extreme temperaturen, vochtigheid, mechanische schokken en trillingen die te verwachten zijn in het omgevingsbereik van de toepassing. Potten en coatings beschermen tegen verontreinigingen.

    Certificeringen - Veiligheids-, emissie- en regelgevende certificeringen zoals EN, UL, FCC die vereist zijn voor de toepassing, kunnen ontwerpbeperkingen en conformiteitstests noodzakelijk maken. De certificeringskosten nemen toe met het vermogen.

    ●Kosten - De totale transformatorkosten balanceren prestaties, grootte, functies, testvereisten en productieoverwegingen tegen budgettaire beperkingen. Incrementele verbeteringen brengen extra kosten met zich mee.

    Door nauw samen te werken met een ervaren fabrikant van PCB-transformatoren kan de optimale transformatorkeuze worden gemaakt, waarbij technische behoeften en commerciële overwegingen in evenwicht zijn.

    Conclusie

    PCB transformatoren vertegenwoordigen een gespecialiseerde klasse van miniatuur transformatoren die vervaardigd worden via printplaat productiemethoden.

    Door hun constructie, functies, testen, identificatie en selectiecriteria te begrijpen, kunnen elektrotechnici deze essentiële apparaten effectief integreren in allerlei elektronische apparatuur voor een betrouwbare stroomomzetting.

    De aanpasbaarheid en miniaturisatie die de printplaatproductietechnieken mogelijk maken, zullen innovatieve transformatorontwerpen blijven stimuleren.

    FAQ-about PCB transformer

    Een PCB-transformator is een transformator die rechtstreeks op een gedrukte schakeling wordt gemonteerd in plaats van als een los onderdeel. De transformatorspoelen, -kern en -bedrading worden tijdens de printplaatfabricage op de printplaat geëtst of gemonteerd in plaats van apart gefabriceerd.

    • Koperen spoelwindingen
    • Ferrietkern
    • PCB-substraat
    • Soldeer
    • Potting compound
    • Montagemateriaal

    Ontwerpregelcontrole

    Continuïteitscontrole

    Fasecontrole

    Draaiverhoudingstest

    Inductantiecontrole

    Magnetische flux test

    Isolatie testen

    Hipot testen

    Gerelateerde berichten

    Gerelateerde berichten

    Understanding Dielectric Constant in PCBs: The Key to High-Performance Circuitry

    Understanding Dielectric Constant in PCBs: The Key to High-Performance Circuitry

    When it comes to designing high-performance printed circuit boards (PCBs), understanding the role of dielectric constant is paramount. Often referred to as relative permittivity (εr), ...
    Introduction to DIP Package : Understanding the Basics

    Introduction to DIP Package : Understanding the Basics

    DIP package (Dual Inline Package) is a type of electronic component packaging used for integrated circuits (ICs), such as microcontrollers, memory chips, and operational amplifiers, ...
    Introduction to Through Hole Technology

    Introduction to Through Hole Technology – THT in Electronics Assembly

    Through-Hole Technology is another type of component assembly technique. Its name comes from its working principle: the leads of the components pass through holes drilled ...
    How to use PCB copper foil in electronic manufacturing?

    How to use PCB copper foil in electronic manufacturing?

    PCB copper foil stands as the backbone of modern electronics, quietly but indispensably enabling the functionality of myriad devices. Comprising thin, flat sheets of copper, ...
    Exploring PCB annular ring : function, composition, and process

    Exploring PCB annular ring : function, composition, and process

    PCB annular rings are crucial for ensuring reliable solder joints, stable component mounting, and proper signal transmission or power delivery on the PCB. In this ...
    Een offerte aanvragen

    Laat een reactie achter

    Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

    nl_NLDutch
    Scroll naar boven